物質(zhì)代謝聯(lián)系與調(diào)節(jié)本頁

1、第 九 章,物質(zhì)代謝的聯(lián)系與調(diào)節(jié)Metabolic Interrelationships and Regulation,物質(zhì)代謝的特點The Specialty of Metabolism,,第 一 節(jié),一、整體性,各種物質(zhì)代謝之間互有聯(lián)系，相互依存。,生命是靠代謝的正常運轉(zhuǎn)維持的。生命有限的空間內(nèi)同時有那麼多復雜的代謝途徑在運轉(zhuǎn)，必須有靈巧而嚴密的調(diào)節(jié)機制，才能使代謝適應(yīng)外界環(huán)境的變化與生物自身生長發(fā)育的需要。調(diào)節(jié)失靈便會導致代

2、謝障礙，出現(xiàn)病態(tài)甚至危及生命。在漫長的生物進化歷程中，機體的結(jié)構(gòu)、代謝和生理功能越來越復雜，代謝調(diào)節(jié)機制也隨之更為復雜。,二、代謝調(diào)節(jié),機體有精細的調(diào)節(jié)機制，調(diào)節(jié)代謝的強度、方向和速度,,內(nèi)外環(huán)境不斷變化,影響機體代謝,,適應(yīng)環(huán)境的變化,,三、各組織、器官物質(zhì)代謝各具特色,結(jié)構(gòu)不同,酶系的種類、含量不同,不同的組織、器官,,,,代謝途徑不同、功能各異,四、各種代謝物均具有各自共同的代謝池,例如,五、ATP是機體能量利用的共同形式,營養(yǎng)物

3、分 解,六、NADPH是合成代謝所需的還原當量,例如,乙酰CoA,NADPH + H+,脂酸、膽固醇,,,磷酸戊糖途徑,,物質(zhì)代謝的相互聯(lián)系Metabolic Interrelationships,第 二 節(jié),一、在能量代謝上的相互聯(lián)系,三大營養(yǎng)素,共同中間產(chǎn)物,共同最終代謝通路,三大營養(yǎng)素可在體內(nèi)氧化供能。,從能量供應(yīng)的角度看，三大營養(yǎng)素可以互相代替，并互相制約。一般情況下，供能以糖、脂為主，并盡量節(jié)約蛋白質(zhì)的消耗。,任一

4、供能物質(zhì)的代謝占優(yōu)勢，常能抑制和節(jié)約其他物質(zhì)的降解。,例如,饑餓時,肝糖原分解 ?，肌糖原分解?,肝糖異生?，蛋白質(zhì)分解 ?,以脂酸、酮體分解供能為主蛋白質(zhì)分解明顯降低,1 ~ 2 天,,3 ~ 4 周,,,（一）糖代謝與脂代謝的相互聯(lián)系,1. 攝入的糖量超過能量消耗時,二、糖、脂和蛋白質(zhì)之間的相互聯(lián)系,2. 脂肪的甘油部分能在體內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)樘?3. 脂肪的分解代謝受糖代謝的影響,饑餓、糖供應(yīng)不足或糖代謝障礙時,（二）糖與氨基酸代謝的相互

5、聯(lián)系,例如,丙氨酸,丙酮酸,,脫氨基,,糖異生,葡萄糖,1. 大部分氨基酸脫氨基后，生成相應(yīng)的α-酮酸，可轉(zhuǎn)變?yōu)樘恰?2. 糖代謝的中間產(chǎn)物可氨基化生成某些 非必需氨基酸,糖,,丙酮酸,,草酰乙酸,乙酰CoA,,,檸檬酸,,α-酮戊二酸,,1. 蛋白質(zhì)可以轉(zhuǎn)變?yōu)橹?2. 氨基酸可作為合成磷脂的原料,（三）脂類與氨基酸代謝的相互聯(lián)系,—— 但不能說，脂類可轉(zhuǎn)變?yōu)榘被帷?3. 脂肪的甘油部分可轉(zhuǎn)變?yōu)榉潜匦璋被?,（四）核酸與糖、蛋白

6、質(zhì)代謝的相互聯(lián)系,,1. 氨基酸是體內(nèi)合成核酸的重要原料,2. 磷酸核糖由磷酸戊糖途徑提供,? 核酸是細胞內(nèi)重要的遺傳物質(zhì)，控制著蛋白質(zhì)的合成，影響細胞的成分和代謝類型,核酸與糖、脂類、蛋白質(zhì)代謝的聯(lián)系,?核苷酸的一些衍生物具重要生理功能（如CoA、NAD+，NADP+，cAMP，cGMP）。,? 核酸生物合成需要糖和蛋白質(zhì)的代謝中間產(chǎn)物參加，而且需要酶和多種蛋白質(zhì)因子。,? 各類物質(zhì)代謝都離不開具備高能磷酸鍵的各種核苷酸，如ATP是能

7、量的“通貨”，此外UTP參與多糖的合成，CTP參與磷脂合成，GTP參與蛋白質(zhì)合成與糖異生作用。,思 考？,思 考？,1.簡述糖代謝與脂肪代謝的聯(lián)系。,在能量供應(yīng)方面有互補性。從整體看，體內(nèi)約70%的能量由糖分解提供，但當糖供應(yīng)不足或糖代謝障礙時，脂肪分解加強，可彌補能量的不足。 在物質(zhì)互相轉(zhuǎn)化方面，糖供應(yīng)較多時，可轉(zhuǎn)化成脂肪，包括甘油、脂肪酸及所需ATP、NADPH均可由糖提供。而脂肪分子中只有甘油可經(jīng)糖異生轉(zhuǎn)化為糖，脂肪酸則不能。

8、,2.乙酰CoA的來源、去路有哪些？,來源：糖分解，脂肪酸分解，氨基酸分解；酮體分解去路：合成脂肪酸、膽固醇，進入三羧酸循環(huán)，合成酮體。,3.試述葡萄糖轉(zhuǎn)化成天冬氨酸的過程。,葡萄糖經(jīng)糖酵解途徑，在細胞漿內(nèi)生成丙酮酸進入線粒體，在羧化酶的催化下生成草酰乙酸，后者再轉(zhuǎn)運到細胞漿，經(jīng)轉(zhuǎn)氨酶催化生成天冬氨酸。,谷氨酸脫氨基生成α-酮戊二酸，α-酮戊二酸經(jīng)三羧酸循環(huán)轉(zhuǎn)化為草酰乙酸，后者經(jīng)糖異生途徑生成磷酸二羥丙酮，再還原為3-磷酸甘油。

9、α-酮戊二酸還可以在轉(zhuǎn)化為草酰乙酸后進一步脫羧轉(zhuǎn)化為丙酮酸，丙酮酸氧化脫羧生成乙酰CoA，再經(jīng)脂肪酸合成酶系作用生成脂肪酸。3-磷酸甘油和脂肪酸可以合成脂肪。,4.試述谷氨酸轉(zhuǎn)化成脂肪的過程。,5.丙酮酸在動物體內(nèi)可轉(zhuǎn)化成哪些物質(zhì)？指出相關(guān)代謝途徑名稱。,組織、器官的代謝特點及聯(lián)系,Metabolic Specialty and Interrelationships of Tissues and Apparatus,第 三 節(jié),,是機

10、體物質(zhì)代謝的樞紐。在糖、脂、蛋白質(zhì)、水、鹽及維生素代謝中均具有獨特而重要的作用。,肝,——肝在維持血糖穩(wěn)定中起重要作用。,以葡萄糖有氧氧化供能為主。,,心臟,耗能大，耗氧多。葡萄糖為主要能源。不能利用脂酸，葡萄糖供應(yīng)不足時，利用酮體。,,腦,合成、儲存糖原；通常以脂酸氧化為主要供能方式； 劇烈運動時，以糖酵解為主。,肌 肉,能量主要來自糖酵解。,紅細胞,,合成及儲存脂肪的重要組織；將脂肪分解成脂酸、甘油，供機體其他組織利用。,

11、,脂肪組織,也可進行糖異生和生成酮體；腎髓質(zhì)主要由糖酵解供能；腎皮質(zhì)主要由脂酸、酮體有氧氧化供能。,腎臟,代 謝 調(diào) 節(jié)The Regulation of Metabolism,第 四 節(jié),代謝調(diào)節(jié)普遍存在于生物界，是生物的重要特征。,主要通過細胞內(nèi)代謝物濃度的變化，對酶的活性及含量進行調(diào)節(jié)，這種調(diào)節(jié)稱為原始調(diào)節(jié)或細胞水平代謝調(diào)節(jié)。,,單細胞生物,高等生物 —— 三級水平代謝調(diào)節(jié),細胞水平代謝調(diào)節(jié),,一、細胞水平的代謝調(diào)節(jié),? 細胞

12、水平的代謝調(diào)節(jié)主要是酶水平的調(diào)節(jié)。? 細胞內(nèi)酶呈隔離分布。? 代謝途徑的速度、方向由其中的關(guān)鍵酶(key enzyme)的活性決定。? 代謝調(diào)節(jié)主要是通過對關(guān)鍵酶活性的調(diào)節(jié)而實現(xiàn)的。,線粒體:丙酮酸氧化;三羧酸循環(huán);?-氧化;呼吸鏈電子傳遞;氧化磷酸化,細胞質(zhì):糖酵解;磷戊糖途徑;糖原合成;脂肪酸合成;氨基酸合成；核苷酸合成；蛋白質(zhì)合成,細胞核:核酸合成,內(nèi)質(zhì)網(wǎng):蛋白質(zhì)加工;磷脂合成,（一）細胞內(nèi)酶的隔

13、離分布,細胞膜結(jié)構(gòu)對代謝的調(diào)節(jié)和控制作用,? 控制跨膜離子濃度梯度和電位梯度? 控制細胞和細胞器的物質(zhì)運輸? 內(nèi)膜系統(tǒng)對代謝途徑的分隔作用? 膜與酶的可逆結(jié)合,酶的隔離分布的意義 —— 避免了各種代謝途徑互相干擾。,多酶體系在細胞內(nèi)的分布,酶的隔離分布的意義 —— 避免了各種代謝途徑互相干擾。,① 速度最慢，它的速度決定整個代謝途徑的總速度，故又稱其為限速酶(limiting velocity enzymes)。,②

14、 催化單向反應(yīng)不可逆或非平衡反應(yīng)，它的活性決定整個代謝途徑的方向。,③ 這類酶活性除受底物控制外，還受多種代謝物或效應(yīng)劑的調(diào)節(jié)。,關(guān)鍵酶催化的反應(yīng)具有以下特點：,代謝途徑是一系列酶促反應(yīng)組成的，其速度及方向由其中的關(guān)鍵酶決定 。,例：糖代謝的關(guān)鍵酶,快速代謝,遲緩代謝,? 代謝調(diào)節(jié)主要是通過對關(guān)鍵酶活性的調(diào)節(jié)而實現(xiàn)的。,1. 變構(gòu)調(diào)節(jié)的概念,小分子化合物與酶分子活性中心以外的某一部位特異結(jié)合，引起酶蛋白分子構(gòu)象變化，從而改變酶的活性，這

15、種調(diào)節(jié)稱為酶的變構(gòu)調(diào)節(jié)或別構(gòu)調(diào)節(jié)。,（二）關(guān)鍵酶的變構(gòu)調(diào)節(jié),被調(diào)節(jié)的酶稱為變構(gòu)酶或別構(gòu)酶(allosteric enzyme)使酶發(fā)生變構(gòu)效應(yīng)的物質(zhì)，稱為變構(gòu)效應(yīng)劑(allosteric effector),? 變構(gòu)激活劑?allosteric effector?——引起酶活性增加的變構(gòu)效應(yīng)劑。? 變構(gòu)抑制劑?allosteric effector? ——引起酶活性降低的變構(gòu)效應(yīng)劑。,2. 變構(gòu)調(diào)節(jié)的機制,變構(gòu)酶,,催化亞

16、基,調(diào)節(jié)亞基,變構(gòu)效應(yīng)劑：,底物、終產(chǎn)物其他小分子代謝物,變構(gòu)效應(yīng)劑 + 酶的調(diào)節(jié)亞基,,3. 變構(gòu)調(diào)節(jié)的生理意義,① 代謝終產(chǎn)物反饋抑制 (feedback inhibition) 反應(yīng)途徑中的酶，使代謝物不致生成過多。,②變構(gòu)調(diào)節(jié)使能量得以有效利用，不致浪費。,③變構(gòu)調(diào)節(jié)使不同的代謝途徑相互協(xié)調(diào)。,（三）酶的化學修飾調(diào)節(jié),1. 化學修飾的概念,酶蛋白肽鏈上某些殘基在酶的催化下發(fā)生可逆的共價修飾，從而引起酶活性改變，這種調(diào)節(jié)稱為酶的

17、化學修飾。,2. 化學修飾的主要方式,磷酸化 - - - 去磷酸,乙酰化 - - - 脫乙酰,甲基化 - - - 去甲基,腺苷化 - - - 脫腺苷,SH 與 – S — S – 互變,酶的磷酸化與脫磷酸化,,,,酶級聯(lián)系統(tǒng)調(diào)控示意圖,意義：由于酶的共價修飾反應(yīng)是酶促反應(yīng)，只要有少量信號分子（如激素）存在，即可通過加速這種酶促反應(yīng)，而使大量的另一種酶發(fā)生化學修飾，從而獲得放大效應(yīng)。這種調(diào)節(jié)方式快速、效率極高。,腎上腺素或胰高血糖素,

18、1、腺苷酸環(huán)化酶（無活性）,腺苷酸環(huán)化酶（活性）,2、ATP,cAMP,R、cAMP,3、蛋白激酶（無活性）,蛋白激酶（活性）,4、磷酸化酶激酶（無活性）,磷酸化酶激酶（活性）,5、磷酸化酶 b（無活性）,磷酸化酶 a（活性）,6、糖原,6-磷酸葡萄糖,1-磷酸葡萄糖,葡萄糖,血液,腎上腺素或胰高血糖素,,,,,,,,,,1,,,,3,,2,?102,,?104,,,,?106,,,,,,?108,葡萄糖,,,,,,,4,5,6,,,,

19、,3. 化學修飾的特點,①酶蛋白的共價修飾是可逆的酶促反應(yīng)，在不同酶的作用下，酶蛋白的活性狀態(tài)可互相轉(zhuǎn)變。催化互變反應(yīng)的酶在體內(nèi)可受調(diào)節(jié)因素如激素的調(diào)控。②具有放大效應(yīng)，效率較變構(gòu)調(diào)節(jié)高。消耗能量少。③磷酸化與脫磷酸是最常見的方式。,同一個酶可以同時受變構(gòu)調(diào)節(jié)和化學修飾調(diào)節(jié)。,思 考？,思 考？,試比較酶變構(gòu)調(diào)節(jié)與化學修飾調(diào)節(jié)的異同 ？,相同點：均為細胞水平的調(diào)節(jié)，屬于快速調(diào)節(jié)，受調(diào)節(jié)的酶為關(guān)鍵酶。,不同點：①調(diào)節(jié)物質(zhì)不同：變

20、構(gòu)劑是化合物；化學修飾調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)物是一個酶。②酶結(jié)構(gòu)變化不同：變構(gòu)調(diào)節(jié)是非共價結(jié)合變構(gòu)劑而改變酶蛋白構(gòu)象；化學修飾調(diào)節(jié)是共價結(jié)合某一基團而改變酶蛋白結(jié)構(gòu)。③作用特點及生理意義不同：變構(gòu)調(diào)節(jié)無放大效應(yīng)，僅使底物有效利用；化學修飾調(diào)節(jié)有放大效應(yīng)，可以應(yīng)激。,,,,（四）酶量的調(diào)節(jié),1. 酶蛋白合成的誘導與阻遏,加速酶合成的化合物稱為誘導劑(inducer),減少酶合成的化合物稱為阻遏劑(repressor),常見的誘導或阻遏方式,Ⅰ

21、 底物對酶合成的誘導和阻遏,Ⅱ 產(chǎn)物對酶合成的阻遏,Ⅲ 激素對酶合成的誘導,Ⅳ 藥物對酶合成的誘導,2. 酶蛋白降解,通過改變酶蛋白分子的降解速度，也能調(diào)節(jié)酶的含量。,1. 物質(zhì)代謝的調(diào)節(jié)可分為____、____、____等3個層次。2. 酶活性的調(diào)節(jié)可通過____和____2種方式。3. 酶的結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)有____和____2種方式。4. 代謝途徑中活性最低的酶稱為____，它常受變構(gòu)劑調(diào)節(jié)，變構(gòu)劑以____鍵結(jié)合于酶的____，改

22、變酶的構(gòu)象和活性。5. 酶蛋白的磷酸化修飾受____催化，磷酸基團由____提供，脫磷酸受____催化。6. 變構(gòu)調(diào)節(jié)與化學修飾調(diào)節(jié)作用時間快，稱為____，而酶合成的誘導或阻遏則稱為____。7.化學修飾調(diào)節(jié)最常見的方式是____和____。,內(nèi)、外環(huán)境改變,激素作用機制,二、激素水平的代謝調(diào)節(jié),激素,作用特點,量小作用大有特異性作用迅速,激素的受體（receptor）,化學本質(zhì)存在部位,蛋白質(zhì)靶細胞質(zhì)膜靶細胞內(nèi)

23、靶細胞質(zhì)膜和靶細胞內(nèi),激素分類,Ι 膜受體激素Ⅱ 胞內(nèi)受體激素,按激素受體在細胞的部位不同，分為：,1. 膜受體激素的作用方式,激素作用方式,胰島素生長激素促性腺激素促甲狀腺激素甲狀旁腺素生長因子腎上腺素,2. 胞內(nèi)受體激素的作用方式,類固醇激素甲狀腺激素活性維生素D3視黃酸,（一）饑餓,糖原消耗,血糖趨于降低,,,胰島素分泌減少胰高血糖素分泌增加,,引起一系列的代謝變化,1. 短期饑餓（1～3天）,三、整體水

24、平的代謝調(diào)節(jié),（1）蛋白質(zhì)代謝變化,分解加強，氨基酸異生成糖,（2）糖代謝變化,糖異生加強，組織對葡萄糖利用降低,（3）脂代謝變化,脂肪動員加強，酮體生成增多,2. 長期饑餓,（1）蛋白質(zhì)代謝變化,蛋白質(zhì)分解減少,（2）糖代謝變化,肝腎糖異生增強肝糖異生的主要原料為乳酸、丙酮酸,（3）脂代謝變化,脂肪動員進一步加強腦組織利用酮體增加,（二）應(yīng) 激,1. 概念,應(yīng)激(stress)指人體受到一些異乎尋常的刺激，如創(chuàng)傷、劇痛、凍傷、缺

25、氧、中毒、感染及劇烈情緒波動等所作出一系列反應(yīng)的“ 緊張狀態(tài) ”。,2. 機體整體反應(yīng),交感神經(jīng)興奮腎上腺髓質(zhì)及皮質(zhì)激素分泌增多胰高血糖素、生長激素增加。,3. 代謝改變,（1） 血糖升高,（2） 脂肪動員增強,（3）蛋白質(zhì)分解加強,細胞水平調(diào)節(jié),激素水平調(diào)節(jié),神經(jīng)水平調(diào)節(jié),酶水平調(diào)節(jié),,,,最主要的調(diào)節(jié)方式,最高水平的調(diào)節(jié),附 錄,,,,,目 錄,下列關(guān)于關(guān)鍵酶的描述中,錯誤的是( )A.酶催化的反應(yīng)速度最慢

26、B.關(guān)鍵酶常催化非平衡反應(yīng)C.關(guān)鍵酶受底物控制D.關(guān)鍵酶一般不受化學修飾調(diào)節(jié)E.常通過變構(gòu)效應(yīng)來調(diào)節(jié)關(guān)鍵酶的活性,變構(gòu)激活劑與酶的結(jié)合部位是( ) A.活性中心的結(jié)合基團 B.活性中心催化基團 C. 酶分子上的咪唑基 D. 酶分子的任意部位 E. 酶蛋白質(zhì)中的調(diào)節(jié)部位,脂酸氧化、糖異生、酮體生成都可發(fā)生的組織是（ ） A．肝臟 B.腸粘膜細胞 C.肌肉 D.胰腺

27、 E.腦 下列哪種代謝途徑只在線粒體進行( ) A.糖酵解 B.酮體生成 C.糖的有氧氧化 D.脂酸合成 E.尿素合成,下列哪種代謝途徑在胞液和線粒體共同完成( ) A.糖異生 B.磷脂合成 C.膽固醇合成 D.三羧酸循環(huán) E.糖酵解途徑 突然受驚嚇時,機體會出現(xiàn)( ) A.脂肪動員減少

28、 B.血糖升高 C.血糖降低 D.糖異生減少 E.蛋白質(zhì)分解減少,關(guān)于酶化學修飾的敘述，錯誤的是（ ）A．見的是磷酸化和去磷酸化修飾 B．化學修飾有級聯(lián)放大效應(yīng)C．酶的磷酸化作用使酶活性增加D. 調(diào)節(jié)效率較変構(gòu)調(diào)節(jié)高E. 屬快速調(diào)節(jié),A.AGA B.PRPP C.乙酰CoA D.檸檬酸 E.UMP 氨基甲酸磷酸合成酶I的變構(gòu)激活劑(　)

29、氨基甲酰磷酸合成酶II的變構(gòu)激活劑( )丙酮酸羧化酶的變構(gòu)激活劑( )磷酸果糖激酶的變構(gòu)抑制劑( ),A.酶的化學修飾調(diào)節(jié) B. 酶的變構(gòu)調(diào)節(jié) C. 酶含量的調(diào)節(jié) D.通過細胞膜受體 E.通過胞內(nèi)受體糖原磷酸化酶b→磷酸化酶a屬于( )ATP對磷酸果糖激酶的調(diào)節(jié)( )類固醇激素在體內(nèi)發(fā)揮作用( )腎上腺素作用于肝細胞調(diào)節(jié)血糖代謝是( ),A．乳酸 B.肝糖原

30、 C.脂肪酸D.甘油 E.氨基酸 F.酮體空腹1天內(nèi),血糖來自于( )饑餓2天,血糖主要來自( ) （30%乳酸、10%甘油、40%氨基酸）隨著饑餓的的延續(xù), 用作糖異生原料增加的是( )長期饑餓時,肌肉的主要能源物質(zhì)是 ( )，腦的主要能源物質(zhì)是 ( )。糖異生的主要來源是( )和( )。,在“搏斗或逃逸”時，腎上腺素的釋放促進肝、心肌和骨骼肌中的糖原降解，在肝臟中

31、糖原降解的終產(chǎn)物是葡萄糖，與此相反在骨骼肌中的終產(chǎn)物是丙酮酸。     （a）為什么糖原在這兩種組織中會生成不同的終產(chǎn)物？     （b）有機體在“戰(zhàn)斗或逃逸”時，具有這兩種不同的糖原降解途徑的優(yōu)越性是什么？,答：（a）心肌和骨骼肌缺少葡萄糖-6-磷酸磷酸酶，所以糖原降解生成的葡萄糖-6-磷酸都進入到酵解途徑，在缺氧條件下經(jīng)丙酮酸轉(zhuǎn)化為乳酸。（b）磷酸化

32、的中間產(chǎn)物不能從細胞中逃掉，因為帶電的分子不能穿過細胞膜。在"搏斗或逃逸"時為了使肌肉具有活力需要高濃度的酵解的前體物質(zhì)。另一方面，肝應(yīng)當釋放葡萄糖以便維持血糖水平。葡萄糖可以由葡萄糖-6-磷酸形成，然后從肝細胞輸送到血液中。,激素可分為水溶性激素（如腎上腺素）和脂溶性激素（如固醇類激素）。大部分水溶性激素不進入到靶細胞里面，而是通過作用于細胞表面的受體發(fā)揮它的效應(yīng)。但脂溶性激素不僅進入靶細胞，而且是在細胞核內(nèi)發(fā)揮作